時間:2022-07-27 06:41:01
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本著以就業需求為導向,以“應用為重”的理念.在新修訂的有機化學實驗教學大綱框架內,科學合理的設計了課程體系.傳統的有機化學實驗,基本操作、性質實驗、合成實驗是獨立進行的.為突出“應用”主旨,側重基本技能.我們對有機化學實驗教學內容進行了優化和組合.考慮到我們的生源,我們是非重點院校,學生基礎相對差一些,特別是有機化學實驗,學生在高中階段基本沒有接觸.有機化學實驗涉及到易燃、易爆、低沸點、有毒、有害及腐蝕性強等試劑和操作.稍有不慎就有可能出現意外情況.因此,要想有效的提高學生科學“應用”能力,就必須從基礎抓起.有機化學實驗課程的精髓說到底還是基本操作.為此我們在有限的學時中刪掉了無機實驗中做過的簡單玻璃工操作,適當增加其它基本操作學時,加大加強了最基本蒸餾、重結晶提純、熔點的測定、沸點的測定、紙色譜法、薄層色譜法等操作訓練內容,在此基礎上把分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾等基本操作融入到制備合成實驗中,如環己烯的制備、肉桂酸的制備“、三乙”的制備等.基本實驗操作技能的高低既影響著實驗的成敗,也決定著實驗的安全性,一個接受瓶錯誤的使用、一種試劑違規的加入,都有可能發生意外.特別是學生對有機化學實驗的重要性及潛在危險性認識不足,部分學生缺乏學習的積極性及主動性,實驗中不能很好地訓練自己的基本操作、基本技能,存在應付實驗心理.而這就需要教師主導作用的發揮.為此,我們把強化操作的規范性和實驗的安全性教育有機整合,順勢引導.教學中小到雙頂絲、試管夾、噴燈、電熱套,大到整套實驗裝置組裝都加以規范.讓學生在實驗中先動腦、后動手、先觀察、后思考,多設問題,多問為什么.使學生在教師的指導下掌握基本操作技能.通過基本操作、基本技能的訓練讓學生感性認識到其中的重要性和特殊性.激發其求知欲以及鍛煉其總結歸納的能力,培養學生對問題的敏感性、創新意識和良好的思維習慣及安全觀,為應用能力的獲得打好基礎,使其具備基本的科學素質.我們的畢業生大部分要到企業工作,安全教育至關重要.最近報道的江蘇昆山某輪轂生產企業粉塵爆炸案,造成重大人員傷亡和財產損失.究其深層次原因其中之一就是管理層沒有安全生產意識.有機化學實驗是在一個特定的教學場所完成的.而我們正好發揮了這一優勢,把安全實驗、安全生產教育貫穿始終.實驗中也盡量不用、少用有毒有害試劑,盡量不制備有毒有害化合物,體現安全、綠色、環保理念.適當減少性質驗證實驗的學時,經典的驗證實驗對于有機化學理論知識的理解和認識有著其他方法不可替代的作用.但傳統有機化學性質實驗,內容陳舊乏味,且偏多、偏雜有些現象并不明顯,達不到應有的教學目的.對此,我們本著“少而精”的原則,選取了現象明顯、無毒低毒經典的驗證實驗予以開設并保持與理論課知識同步進行,做到理論和實驗很好的銜接.增開了酸性橙﹙Ⅱ﹚染料的合成及織物的染色、咖啡因的提取等實驗.通過實驗的應用性、趣味性激發學生的學習興趣和創新精神,將不愿意學變為我要學.既開闊了視野、又讓學生看到了在人類生產和生活中有機實驗的重要性.自覺的形成了渇求新知識的意識.傳統的實驗教學體系因缺少開發性綜合性實驗,不利于應用型人才的培養,也不利于學生綜合實驗設計能力的培養,限制了學生的創造性思維.通過基本操作、基本技能、簡單合成、多步合成的訓練,使學生的實驗技能在循序漸進、逐步提高的基礎上,在有機實驗課的后期我們開設了跨學科的親核取代反應的動力學測量、電化學方法制備碘仿綜合設計實驗.同時也把新技術、新儀器引入實驗教學.構建了適合化學化工學院培養目標的“兩基、一驗、一宗”的課程體系,為提升有機實驗課的水平奠定了基礎.
2改進方法、多頭并用、提高教育教學質量
2.1積極進行教學模式
改革傳統的有機化學實驗教學一般都是老師“唱主角”,學生“做配角”.老師講、學生聽,聽完重復經典的實驗內容.不但教學方法單一,學生也始終處于被動接受知識地位,自小,學生的主體作用沒有得到發揮.這不利于激發學生的實驗興趣.同時也抑制了學生的思維能力、應用能力、創新能力的提高.因此,這就需要我們積極進行教學模式改革.學生預習方法的改進.成功的實驗,離不開實驗前的預習“.給人以魚,不如授之以漁”針對每個實驗命題,除了要求學生了解實驗目的,領會實驗原理,了解實驗操作方法、步驟以外.還要求學生查文獻;想實驗設計;寫內容組合;議分析結果.并找到操作的注意事項.通過課前預習報告的檢查,課堂互動式交流給以監督.這樣的預習,學生就會積極動腦,用心領會.同時也是學生文獻查閱能力、思維能力、歸納總結能力、綜合運用能力得到提升的過程.不懂的問題學生也會帶著疑問進入實驗室,這就為做好每一個實驗奠定了基礎.教師角色的轉變.改變了過去課堂教學中過于強調知識傳授的傾向,努力形成學生積極主動學習的態度.使學生獲得基礎知識與基本技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程.發揮學生主體作用.每次實驗課都由2-3名學生依據自己預習情況,分別根據老師的提問來講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項等.教師做出必要補充、糾正、解答.部分實驗可以讓學生分組進行對比,如改變某些反應條件(溫度、時間)看對實驗結果的影響.將探究式方法揉入教學中.使學生受所講課程的“感化”而去鉆研和探尋.正是這種“感化”,才可使學生得到如何去獻身未來事業的方法和應用本領.實驗課的講解既需要學生掌握基本的實驗操作技能,鞏固理論知識,又要形成一個完整的解決問題的思路,還要學會用類似的方法,解決類似的問題.因此指導學生掌握認知過程比掌握學習的結果更為重要,它具有相對的穩定性和長效性.具有廣泛的遷移作用.在實驗課教學中,教師善于引導學生發現問題,進而解決問題.這也是“應用”能力提高的過程.多媒體教學進入實驗課堂.傳統的“一本書、一本教案、老師滿堂灌”教學模式已跟不上現在的教育發展趨勢.因此,教學手段必須現代化和信息化.多媒體教學的引入,充分利用了網絡教育資源.不但增大了課堂信息容量,而且還節省了老師的板書時間.特別是在安全教育方面還有其他方法不可替代的作用,通過PPT的演示可以讓學生更直觀看到爆炸、燃燒等現象.增加了學生的感性認識.多媒體和板書相結合的教學模式大大的提高了課堂教學效果和教學質量.綠色環保貫徹始終.無論是有機化學實驗中的驗證實驗、還是制備合成及提取等實驗都用到大量有機試劑.在保證實驗現象和效果的前提下,我們都采用微量或半微量的模式來完成教學.既經濟又環保還達到了教學目的.制備合成實驗中得到的產品有一部分直接用于性質實驗和基本操作訓練(如苯甲酸、環己烯等),對實驗中產生的固體廢棄物和廢液統一回收統一處理.最大限度的降低了對環境的污染.
2.2考核方式改革考核
從2013年的參賽及準備情況來看,我校對參加金相技能大賽的積極性很高。金相技能大賽受到了學校實資處、團委及材料實驗教學中心等部門的高度重視,材料實驗教學中心采取了相應的措施積極組織學生參賽。
1.1進行學校初選
根據全國金相技能大賽的要求,結合我校金相技能實驗的自身條件,實驗教學中心的領導和教師認真組織學生參加初選競賽,初選也是以競賽的形式進行。首先教師向學生宣傳金相技能對學生專業學習及科研的重要性,由學生自愿報名參加初選競賽。然后,制定合理的初選規則,組織學生進行初選。根據初選學生的成績,擇優選擇參賽學生。從校內初選競賽的情況來看,學生積極性非常高,報名的人數較多,但初選后,被選上的學生因為已經具有資格去參加比賽,所以在備賽的過程中態度有些松懈。實驗中心準備申請舉辦校級金相大賽,參賽獲獎的同學可以參加全國性質的金相大賽,并且參賽學生不僅僅局限于材料學專業,機械相關專業的學生也可以參加,這樣就會充分調動學生參賽的積極性。金相大賽從題目的設定到成績的判定,以培養和考查學生理論聯系實際、分析和解決實際問題的能力為基本原則。學生參賽準備的過程,也是金相技能基本知識積累的過程。并且對于參加全國金相大賽人員的選拔,要多于實際去參賽人員1~2人,采用末位淘汰的方法,最終確定參加全國金相大賽的人員。這樣在競爭的過程中備賽,能夠避免學生在備賽過程中的松懈現象。
1.2對入選人員進行集中培訓
從四月份開始,實驗中心的幾位教師便對今年參賽的同學進行了金相技能理論及實踐的培訓,培訓的目的不僅僅是為了提高參賽同學的成績,更重要的是提高學生對金相技能的學習動力,所以參與培訓的學生也包括一些對金相技能實驗感興趣的同學??梢钥闯觯瑢W生參加培訓的積極性比較高,培訓占用了學生很多的課外時間及精力,尤其是磨試樣的過程,同學們都不怕累,不怕臟,不斷摸索經驗,爭取使試樣磨得更好。參加培訓的學生普遍反映,通過參加培訓,不僅使金相技能有所提高,更重要的是對自己的專業基礎課有了更深的了解,促進了其它專業課程的學習。實驗中心準備投入更多的精力進行培訓,請學院專門從事專業基礎課程授課的教師對入選學生的金相技能理論進行培訓,這些教師經驗豐富,專業基礎扎實,能夠更好地把握金相技能理論的知識點及學生對知識的掌握情況,更有利于學生的學習。另外,請一些從事不同研究方向,并且在金相制樣方面比較有經驗的研究生、博士生進行金相制樣方面的指導。這些學生在金相制樣方面可能比一些不經常動手的教師經驗還要豐富,并且請學生進行現場指導,通過學生之間進行交流,能夠使交流更順暢一些。
1.3設定替補人員
對于替補人員的理解,一般是在正式參賽人員由于各種原因不能參賽,代替該人員進行參賽的人員。而我們設立替補參賽人員,主要目的是想讓更多的學生參與到金相大賽中,提高學生對金相大賽的了解,進而提高學生學習金相技能的動力。替補人員是從即將進入專業知識學習的大二學生中選擇,通過學生自愿報名的方式確定。替補人員也參與集中培訓和比賽全過程。2013年我校派出的替補人員,在東南大學主辦的“全國大學生金相技能大賽”中取得了優異的成績,這樣鼓舞了學生的士氣,有利于下一屆學生更加積極地參與到金相大賽中來,從而進一步激勵了學生學習金相技能的動力。
2總結參賽經驗,以賽促學
金相大賽的成績體現了學生對金相技能知識的掌握程度和運用能力,反映了金相技能實驗教學計劃及教學內容的合理程度。金相大賽結束后,實驗中心召開了教學研討會,通過總結及交流金相大賽的經驗,找出實驗教學中存在的問題,為實驗教學改革提供借鑒。圍繞金相大賽,改進實驗教學的設想主要包括以下幾個方面。
2.1及時發現問題,改善教學中的薄弱環節
根據學生在金相大賽中的表現,可以看出學生對基本理論知識的掌握程度,以及能否利用金相技能原理去解決一些實際問題,據此可以把握實驗教學的改進方向,推動教改進程,以便在以后的實驗教學中有針對性地進行教學。根據本次參加兩個全國性金相大賽過程中學生的答題及制樣情況來看,學生對基本理論掌握的比較好,但實際制樣的操作過程不是很理想,也就是對知識的運用能力還有一定的欠缺。參賽的人員是從學生中選的在金相技能方面比較優秀的學生,那么對于大多數學生來說,可能對知識的運用能力更欠缺一些,這說明,平時的實驗教學在這方面應該加強。以前金相技能實驗教學過程中,只提供給每個學生一種試樣,砂紙及拋光劑的型號也是固定的,這可能是造成學生實際運用知識能力欠缺的主要原因。所以實驗中心準備在今后的金相教學中,加強基本理論的同時,將投入更多的精力來提高學生動手制樣的能力,通過變換試樣、砂紙、拋光劑等多種形式來提高學生運用知識的能力。通過參加金相大賽,不僅可以根據金相大賽的要求進行相應的實驗教學改革,更重要的是能夠針對競賽中反映的問題,進行及時的分析研究,進一步改善實驗教學中的薄弱環節,使實驗教學得到優化及完善,從而通過金相大賽來推動金相技能實驗教學改革。金相大賽是對學生金相技能知識的一次檢驗,通過參加金相大賽的初選及集中培訓,明顯地調動了學生學習金相技能的積極性,同時拓寬了學生的知識面,擴大了學生金相技能知識的廣度和深度,能夠為以后專業課的學習打下牢固的基礎。但從學生參加金相大賽的成績來看,即使都是通過選的學生,知識掌握水平相差仍然很大。目前金相技能實驗教學中,采用的是統一的教學大綱和考核標準,為了讓不同的學生有不同的發展空間,培養學生的創新性,實驗中心正在探討一種開放性的教學模式。希望通過創設寬松和諧的學習情境,制定培養目的相同的不同選做實驗方案,讓學生選擇自己感興趣的實驗,這樣更有利于激發學生學習興趣。在此基礎上,鼓勵學生自己進行創新性實驗,學生首先制定實驗方案,通過教師討論認為方案可行的,就會予以支持,對于不合理的方案,給予調整意見,修改后合理的仍然予以支持,這樣將更有利于學生創新能力的培養。
2.2創建師生交流平臺
金相大賽本身的目的就是為高校之間的交流搭建一個平臺,在這次的參賽過程中,與一些高校的教師進行了金相教學方面的交流,學到了很多值得借鑒的東西。那么反思我們實驗教學過程,基本是安排好實驗之后,學生做完實驗就可以了,對于師生之間的交流非常少。實驗中心準備運用網絡交流平臺和值班教師制度,搭建師生溝通平臺。學生可以通過實驗中心網站對金相技能實驗課程提出問題、建議及想法等,教師會盡力解決學生的問題,認真與學生交流,網絡交流時空處置比較靈活,能夠拓展師生交流的時空領域。同時,實驗中心教師可以輪流值班,學生有問題可以直接與值班教師溝通,這樣能夠及時解決學生的問題,促進學生的學習。
3結語
在培養學生的化學實驗操作技能的過程中,教師發揮的重要作用不言自明.教師要為學生做好化學實驗演示工作,引導學生遵循化學實驗規律,做好化學實驗.具體而言,教師的操作應優美規范,操作速度要適中.毋庸諱言,教師的演示實驗為學生提供了模仿的重要依據和直接可觀的視覺形象.所以,教師的每一個演示實驗都要做到操作優美規范,熟練準確.在實驗儀器的選擇、安裝、裝置圖的繪制、基本操作等各方面都能給出規范和準確的演示.例如,持試管要三指捏,兩指靠,振蕩試管時要三指捏,兩指蜷,不能隨意抓;使用滴管給試管中加液時,膠頭滴管一定要垂懸于試管上方,切不能伸入(亞鐵離子與氫氧根反應的實驗除外).教師的演示速度要適中,使學生能夠看清每一個動作、每一個細節,對于學生第一次接觸的較復雜的化學實驗,教師更是要細心演示,先示范分解動作,然后再逐漸加快速度,連續操作實驗,這樣可以使學生在頭腦中形成較為完整的操作表象,進而有效地培養他們的化學實驗操作技能.
二、積極發揮正遷移的引導作用
所謂遷移,就是已經掌握的技能對于新技能的形成所產生的影響.遷移具有正遷移和負遷移之分.在化學實驗操作技能方面,正遷移主要來自操作基本相同或相似的因素,而負遷移則來自于實驗操作過程中看似相似,實則相去甚遠的元素.例如,學生學會了“液體藥品的取用”操作后,對學習“量筒量取液體”的操作有潛在的輔助作用.對于相近而實際不同的操作,教師要采用比較、分析的方法,使學生能夠加以明確地區別.
三、給予學生充分的實驗機會
現代教育理念積極倡導學生在教學過程中的主體地位.新課程標準明確提出,學生不僅是課堂的主人,也是主動建構知識的主人.培養學生的化學實驗操作技能,不可能讓教師“一手包辦”,而是要讓學生積極參與實驗操作過程,讓學生自己看、自己做,自己體會化學實驗的獨特魅力.從目前來看,演示實驗常常因為可見度問題而影響教學效果,所以教師可以根據現有條件盡可能地把演示實驗改為邊講邊實驗,增加學生自己動手做實驗的機會,培養他們的實驗操作能力.
1.講一個內容,做一個實驗.
例如,對“雜質轉化法”這部分內容,先提出討論題:怎樣除去粗鹽中的不溶性雜質?怎樣除去硝酸鉀中混有少量的氯化鈉?討論之后取得正確方法,再讓學生實驗,最后要求學生列表歸納,促使學生在實驗中加強觀察和分析.
2.做幾個實驗,然后概括比較.
例如,對“溶液結晶法”這部分內容,先指導學生閱讀課文中有關硝酸鈉溶液的內容,然后讓學生做實驗,實驗之后討論歸納硝酸鈉溶液的性質.關于其他溶液的性質也如此處理,最后概括比較.3.學生自己閱讀課文,根據需要做實驗.例如,在講“沉淀過濾法”時,教師可以讓學生一邊看課本,一邊根據教材內容設計做實驗,實驗之后讓他們自己設計表格,小結幾種過濾法的性質和使用注意點,使學生充分發揮主觀能動性.
四、指導學生認真完成實驗報告
下面是與雙冊教材有關的幾個有代表性的實驗項目訓練內容。
一、電磁鐵性質實驗
1.實驗原理
1820年丹麥科學家奧斯特發現,不僅磁鐵周圍存在著磁常電流周圍也存在著磁場,如果把導線繞成螺線管,螺線管就有了磁性。利用通電螺線管有磁性和鐵在磁場中能被磁化的原理,可制成磁性很強的電磁鐵。電磁鐵有很多性質:通電產生磁性,截斷電流磁性消失;電流越強磁力越大:螺線管的線圈匝數越多磁性越強;電磁鐵的南北極性可以由變換電流方向來控制。
2.實驗操作
(1)把帶有絕緣外皮的導線,按照相同的方向纏繞在一根大鐵釘上。接通電流,用它接近鐵制品,有吸引現象出現;切斷電流?,F象消失。(2)用電磁鐵的一端去接近磁針兩極,出現相斥相吸現象。改變電流方向,又出現相吸相斥變化。(3)改變電磁鐵線圈匝數,磁力隨之改變。改變電池節數,磁力也改變。
3.實驗教學設計
(九年義務教育教材五年制第六冊第8課)(1)自制電磁鐵。(2)綜合定義。(3)分組實驗:研究電磁鐵有無極性和變換極性的方法。(4)分組實驗:研究加大電磁鐵磁力的方法。(5)講述電磁鐵的用途。
二、電路的組裝實驗
1.實驗分析
在設計、安裝、維修各種實際電器的時候,常常需要表示電路連接情況的圖。為了簡便,通常這種圖不用實物,而用符號代表,這種用符號表示電路連接情況的圖叫電路圖,根據需要電路有串、并聯之分。把電路元件逐個順次連接的叫做串聯,把電路元件并列接在電路兩點間的叫做并聯。教材中涉及到的電路圖如下:圖中①是串聯電路,②③④是并聯電路,使用了電燈、開關、電池組、導線四種符號。并聯電池能加大外電路電流,串聯電池能提高外電路電壓,通常采用串聯電池方法。串聯燈泡光線弱,不能控制每只燈泡的亮滅;并聯燈泡光線強,可以分別控制。
2.實驗操作
(1)組裝串聯兩節電池、兩個燈泡、一個開關的電路。(2)組裝串聯兩節電池、并聯兩個燈泡,一個開關控制的電路。(3)組裝串聯兩節電池,并聯兩個燈泡、兩個開關,分別控制每盞燈泡亮滅的電路。(4)組裝串聯兩節電池和一個分別控制三個并聯燈泡亮滅的開關的電路。
3.實驗教學設計
五年級教材涉及電路的內容是第6課《電流》,目標是指導學生學習一些電流電路的初步知識,培養學生的想象能力和獨立思考能力,磨練其攻克困難的意志。學生動手實驗操作是課堂教學中的主要活動,教師需要做的是:①提供充足的器材。②明確三個研究課題:一是分別試用一節和兩節電池做電源,看小燈泡的亮度有什么變化。二是試用同一電源,使兩只小燈泡同時發光的方法。三是設計控制三只燈泡分別亮滅的電路。③組織學生課內外實踐活動,參與觀察,實驗制作,分析綜合,形成概念。④讓有創見的同學演示自己組裝的電路。⑤總結。三年級教材也安排了電路內容,要求學生知道什么是電路,會連接簡單的串并聯電路。課堂教學中雖然也讓學生進行實驗、比較、探究、嘗試,但實驗能力要求只是初步學會組裝電路,做不同電路的對比實驗。
三、沉浮規律實驗
1.實驗原理與操作
(1)浮力的產生:挪動水中的物體,有省力的感覺,這說明水對物體有向上托起的力,這種力叫浮力。浮力是怎樣產生的呢?這可用下圖來說明。假定在水中有一個立方體,它的六個面都要受到水的壓力。物體的左右兩個面因在同一深度,所受的壓強大小相等方向相反,所以側面上的壓力是彼此平衡的。前后兩個面也是這樣。而上下兩個面在水中的深度不同壓強就不同了,下面的壓強比上面的大,也就是說下面的向上壓力比上面的向下壓力大,這壓力差就是水對物體的浮力。浮力的方向是豎直向上的。(2)浮力的大小跟什么有關系:用實驗圖示來研究。在彈簧的下面掛一個金屬筒,筒下吊一個金屬圓柱體,記下彈簧伸長后達到的位置。另外取一個溢水杯,杯里的水裝到溢水位置,把金屬圓柱體浸入水中,這時彈簧縮短,同時水從溢水口流出,把溢出的水全部倒入金屬筒,這時彈簧又伸長到原來位置。這個實驗可以說明,金屬體所受的浮力等于被它排開的水的重量。如不用水而用酒精等液體做這個實驗,結果也一樣。(3)沉浮條件:我們知道,浸在液體里的物體要受到兩個力的作用。一個是豎直向上的浮力,大小等于排開液體的重量;另一個是豎直向下的重力,大小等于物體的重量。物體在液體中的沉浮就取決于這兩個力的大校如果物體受到的浮力大于物體的重量,物體就上?。蝗绻矬w受到的浮力小于物體的重量,物體就下沉;如果物體的重量等于浮力,物體就停留在水中不動。浮在液面上的物體所受到的浮力等于它的重量。
一學生實驗技能培養的方法
(一)培養學生使用基本儀器的技能
掌握基本儀器的使用,是做好物理實驗的基矗基本儀器主要有:刻度尺、量筒、游標卡尺、螺旋測微器、秒表、天平、溫度計、測力計、壓強計、打點計時器、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、萬用表歐姆檔等。物理大綱要求“學會正確使用儀器進行觀察、測量和讀數。”要讓學生了解這些儀器的構造、原理、用途,掌握儀器的量程、使用方法和使用規則,以達到熟練地、正確地讀數,在介紹這些基本儀器使用方法時,應抓住各種基本測量儀器的共性來加以指導:
1.各種基本測量儀器都有一定的量程。必須要求學生在使用各種基本儀器前,搞清儀器的量程,并且能估計被測對象的情況,選用適當量程,避免超過量程而可能損壞儀器。
2.使用測量儀器前通常都要調節零點或校正零點,否則測出的數據就不準確。如:“對安培表、伏特表等應學會調整零點,對游標卡尺、螺旋測微器、刻度尺之類的儀器,還要學會零誤差修正,讓學生懂得零點是相對的,零誤差的修正在生產上有普遍意義。因此,必須使學生養成使用基本測量儀器前調節零點或修正零誤差的習慣。
3.會正確讀數。要讓學生掌握讀數的一般方法,關鍵是會讀出儀器的最小刻度值,會從最小刻度之間估計出一位有效數字。同時,要學會正確讀數的姿勢。如:從量筒上讀數時,眼視線應與液面保持相平,不能仰視或俯視,若是凹液面讀凹處,凸液面讀凸處,從安培表、伏特表讀數時,視線應與刻度盤垂直,并且正對指針,估計讀數四舍五入等。
4.根據儀器的構造原理,掌握它的使用方法和使用規則。如:天平是根據桿杠的平衡條件制成的,因此,使用前和秤量時都要做到橫梁平衡,同時必須嚴格保護刀口,要讓學生理解保護刀口的重要性,從而自覺遵守使用方法和規則;溫度計是利用液體的熱脹冷縮性質制成的,所以,根據熱平衡原理,測量液體時,溫度計不能離開液體,而且要在溫度計內液柱穩定時讀數。顯然,培養學生使用基本儀器的技能,必須要注意把掌握儀器的使用方法與理解儀器原理結合起來,這樣既有利于鞏固基礎知識,又能幫助學生理解為什么這樣使用儀器;只有理解了儀器原理,使用起來才會更加自覺和主動。
(二)培養學生進行實驗過程必須掌握的技能
1.培養學生掌握實驗的一般原理、進行實驗設計和實驗方法的技能。首先要求學生明確各個實驗的目的、原理或理論根據,根據實驗的原理、要求對實驗進行設計,包括用什么物理定律、公式,電學實驗用什么電路圖等。還要搞清哪些是已知量、被測量,然后選擇所需的儀器和實驗條件,進而設計好實驗步驟,畫好記錄表格等。
其次,培養學生正確調整和安裝儀器,正確連接電路的技能。正確的實驗,首先是安裝、調整好儀器或正確連接電路。如:力學實驗中的支架滑輪的安裝,牽引線的走向,斜面的架設等,有時要對一些儀器做機械調整或電氣調整(對儀器的調零前面已介紹,這里略),電氣調整如:使用氣墊導軌前必須先調水平位置;在電學實驗中,依照電路圖連接線路,連線時,應將電路分為主回路和支路,從電源一端開始沿主回路按順序進行,其次為支路;主回路中必須有開關(先斷開);導線最好選用幾種顏色,主、支回路分別用一種顏色。往接線柱上接導線時,應按順時針方向將導線纏上。電路連接后,必須復查,確認正確后方能通電。這種技能的培養,從初中開始應先有示范,讓學生模仿學習,然后逐步提高到由老師講述方法及注意事項,由學生獨立去安裝、調整。
2.培養學生正確記錄實驗數據,并能進行運算和分析,以得出正確結論的能力
這是實驗能否成功的關鍵。要培養學生這方面的技能,要求學生集中精力,按實驗步驟有條不紊地操作和讀取測量數據,有的實驗則要求測量或操作時動作迅速,要把握時機,如:溫度測量、電學測量。要按實驗先后順序將需要測定的各量測出,并記錄下來。讀取數據和記錄必須注意:①讀數要及時,并馬上記錄;②要記錄完整數據,按有效數字的方式記錄;③數據的單位要正確。一般要求學生實驗前列出表格,表格設計要求:能記錄直接測出的各物理量,能記錄各次測出的量,能填寫計算出來的中間數據和最后數據等內容。
進行數據處理、運算,對實驗結論進行分析。在整理數據時,如發現有不合理的數據,應對該數據補測。要指導學生按有效運算法去處理數據對實驗結果進行適當分析討論,如:討論數據說明什么?與理論計算有何偏差?實驗過程為何這樣設計?實驗結果的物理意義(結論)是什么?對一些成績優良的學生,還可讓他們設計某個達到相同目的的實驗。對實驗能力強的學生,許多深一層次的問題都可以在這里分析研究,從而加強了對學生思維能力的培養,有效地鞏固知識,技能更加熟練。
3.要使學生了解誤差概念,并學會初步的誤差計算和分析。實驗后,要指導學生分析實驗誤差的原因,說明實驗的誤差主要有系統誤差和偶然誤差。系統誤差主要是由于儀器本身的缺陷,實驗原理、裝置不完善而引起的,如:螺旋測微器零點不準;風的吹動使天平產生誤差;電表指針不對準零刻度等。減少系統誤差的方法是校準儀器,或是改進實驗方法。改進實驗的方法,可改變儀器的位置或儀器的布置,撤換某件儀器,改變所選取的某個參數,改變實驗方法乃至改換實驗操作人員等。例如將物體放在天平左、右盤上,分別稱衡,可以發現天平不等臂引入的誤差。又如精密測量同一單擺在不同擺角的周期值,可以發現周期與擺角有關。
偶然誤差是在實驗條件不變的情況下,對某一物理量進行多次重復測量時,由于各種偶然因素產生的誤差。減少偶然誤差的辦法是多次重復測量取算術平均值,以其平均值為最終的結果。測量次數取多少,要根據偶然誤差對被測量影響的大小來確定。如:測量值的有效數值較小時或測量值變動較大時等,應當多測量幾次。
綜上所述,要培養學生這方面的技能,必須讓學生懂得減少誤差首先要發現它的存在和來源,其次是確定減少誤差的方法。
增加測量次數固然可提高平均值的可靠程度,但是作用是有限的,實際上,只有改進實驗方法和儀器,才能從根本上改善測量的結果,提高測量精確度。
4.會寫一般的實驗報告。學生在實驗結束后,應根據原始記錄和實驗時的體會,寫出實驗報告。實驗報告內容主要有:實驗名稱、目的、器材、原理、方法和步驟、實驗數據、數據計算和處理、實驗結論及誤差分析等。這是一個很重要的技能,對實驗報告的寫法、格式要嚴格要求,書寫時,要求層次清楚,語言流暢,文字精練、正確,圖文并茂,要總結出實驗成功的經驗或實驗失敗的原因,使學生將來進行科學實驗時能寫出自己的實踐成果,并讓別人看懂。
在批改實驗報告時要注意學生思維的火花,如對某個問題的獨特看法,對某項操作的有益建議,對實驗的改進意見等,要給予鼓勵,并要及時與之討論,讓師生都有所收獲。這樣做,既延伸了實驗課的教學,使之與理論課的教學有了更深層次的交匯與滲透,又是提高學生動手技能的有效渠道。
5.養成良好的實驗習慣,包括愛護儀器,遵守安全操作規則和尊重實驗事實的習慣等。如:做電學實驗結束時,應將儀器調到最安全的狀態再切斷電源,然后拆除連接線,整理好儀器和導線。要經常地對學生進行良好實驗習慣的教育,以免損壞儀器及發生實驗事故等。
二培養學生實驗技能的途徑
1.實驗課是培養學生實驗技能的基本途徑。認真上好實驗課,既能幫助學生牢固地掌握物理知識,又能培養學生的實驗技能,是訓練和提高實驗技能的基本途徑。
實驗課包括演示實驗和分組實驗。演示實驗是學生使用儀器,進行實驗操作典范,它教給學生正確的實驗方法。如:如何正確使用儀器、安排實驗步驟、操作、讀數和記錄數據、列表和作圖線、分析和推理,得出正確結論及分析誤差等。通過大量的演示實驗,學生可以在長年累月的耳聞目睹中,潛移默化地學到實驗技能。
在分組實驗中,學生的活動是多方面的,既有思維,又有操作,這就需要發揮教師的主導作用。實驗時,教師可先介紹實驗目的、方法及注意事項,然后教師在臺上做示范,學生在臺下跟著教師做,這種方法對于初中起始年級的學生是合適和有效的。學生在教師的步步指導下,養成良好的實驗方法、實驗修養。隨著實驗技能的不斷提高,逐步培養學生自己設計實驗,獨立實驗的能力。
2.盡可能將演示實驗改為分組實驗。如:阿基米德定律、牛頓第二定律等。
3.將驗證性實驗改為探討性的實驗。先讓學生去研究、探索物理量之間的關系,后總結出物理規律。
4.開辟第二課堂。第二課堂既可完善、豐富、深化課堂知識,又可培養學生的實驗技能。主要形式有:①指導學生進行課外實驗;②組織參觀活動;③舉行操作實驗競賽;④組織課外興趣小組;⑤舉辦物理科技晚會等。
目前,隨著我國改革形勢的不斷深入,人才市場的需求有了明顯的變化,學歷加技能成了用人單位追求的綜合指標。為適應人才需求,各校相繼把職業技能培養納入議事日程,這有力地推動了院校儲備知識、儲備技能的熱潮。職業技能人才的培養目標更強調“應用型”,即要求學生在德智體美全面發展的前提下,在具備必要基礎理論和專門知識的基礎上,重點掌握從事專業實際工作的基本能力和基本技能,以適應本地區、本行業經濟發展的需要和職業崗位或職業崗位群的需要。
一、職業技能培養的理念
職業技能培養是這個核心的一個特定重要組成部分。職業技能培養對不同的學科領域、不同的專業有不同的要求。一般包括:專業技術操作能力、管理決策能力、實際工作組織能力、信息收集與傳遞能力、科學研究創新能力、人際關系協調能力、語言文字表達能力等。
職業技能本身是一種復合能力,學習化學有助于提高學生的復合能力?;瘜W包含無機化學、有機化學、結構化學的基本知識、基礎理論、基本原理,還包括準確的量的概念,化學分析方法和儀器分析方法等內容。它擁有自己的理論體系和內涵,內容涉及面廣,目的是解決實際問題?;瘜W實驗可以培養學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力。通過分析化學教學,還可以進行學生的個性發展和潛能的開發,培養學生積極、堅強的性格,健康的心理品質和健全的人格。只有不斷提高學生的綜合素質,職業技能才能較快增強。
二、在化學教學實踐中的技能培養
1、運用多種教學手段,進行理論教學實踐
(1)運用歸納對比法,幫助理解記憶
隨著科學的不斷發展,知識在不斷地完善、更新,往往對同一名詞將有幾種不同的定義,對同一概念有不同的解釋。為使學生擴大加深知識面,對各種定義、概念均做詳細的介紹、對比、推敲,以便于學生自學,并激發求知的欲望。在教學過程中通過比較歸納法教學,來增強學生的理解力、記憶力,加深了知識的鞏固與提高,并使各部分內容更加連貫、完整、系統。
(2)實施討論式、提問式教學,培養學生思維能力
化學是一門專業基礎課,教學目的既要傳授知識,使學生具有扎實的分析基礎,又要培養學生獨立思考、發現問題和解決問題的能力。為此,探討、改進教學方法是教學改革、提高學生學習興趣的重要環節。作者提出下面兩種教學的方式:
討論式教學:討論式教學有利于學生將前后所學知識聯系起來,增強自學和解決問題的能力,同時也打破了單獨由教師講述這一死板的教學方式,調動了學生的學習興趣和積極性。
提問式教學:在教師與學生之間進行雙向提問,增強課堂教學對話與交流,有助于學生對所學知識的消化理解。
(3)促使學生積極思考,達到融會貫通,運用自如
為了引導學生積極思考,及時消化和鞏固所學知識,每次課后都要布置復習思考題和習題,按層次、分類別,精心選擇。通過做題,訓練了學生的思維能力。當他們發現自己不但掌握了化學的理論與實驗方法,而且獲得了一定的分析和解決實際問題的能力時,就會體會到學習樂趣而感到興奮,同時激發了繼續深入探究的興趣。另一方面,通過百分之百批改作業,解答疑問,及時發現薄弱之處并予以指正,使學生達到將所學知識融會貫通,運用自如。嚴格掌握理論考核的試題質量,準確地衡量學生的實際水平,
2、結合專業特點和培養目標進行實驗教學實踐
化學實驗教學能使學生掌握正確的實驗方法,熟練使用和操作各種儀器,不斷提高動手能力、分析問題和解決實際問題的能力。還可培養學生認真負責,團結協作的工作作風,培養他們良好的專業意識等職業素質。在實驗教學實踐中,我認為可通過以下幾條途徑培養學生的職業技能。
(1)加強基本操作技能訓練和職業素質訓導
化學實驗要把對學生的基本操作技能訓練與學生的職業素質訓導有機結合起來。首先,注重教師的示范操作和指導。其次為了更好的培養學生的職業技能,有意安排實驗能力強的學生對實驗能力弱的學生進行“一對一”的輔導和幫助,既可培養實驗能力強的學生的綜合能力,又可訓練強化提高實驗能力弱的學生的操作技能,同時培養他們團結互助的良好風氣。
(2)重視設計性實驗,培養學生的創新精神和實驗綜合能力
全面推進素質教育,就要以培養學生創新精神和實踐能力為重點。因此,化學實驗教學不但要訓練學生過硬的基本操作技能和良好的職業素質,還要培養學生的創新精神。設計綜合性實驗是培養學生創新精神的重要途徑,在單調重復的操作實驗中充實一些新的內容,也是激發學生實驗興趣一種方法。通過設計性實驗,使學生對分析化學所學的知識進行了鞏固和提高,找出平時學習的薄弱環節并進行加強,拓展了學習的知識面,很好的鍛煉了學生解決問題的能力,提高學生的學習積極性和主動性,培養了他們團結協作的團隊精神,創新精神和實驗綜合能力,使學生的職業技能有了很大的提高。
3、實驗教學考核
實驗教學對學生成才,尤其是培養學生動手能力和創新能力方面有著重要影響。如何提高實驗教學質量,培養新世紀人才,已成為實驗教學人員思考的重要問題。針對化學實驗的特點,我認為應加強對實驗操作的考核,全面、客觀、合理評定學生實驗成績,有利于提高分析化學實驗教學質量,更好的培養學生的職業技能。
【參考文獻】
[1]周興勝.化學教學法初論[J].教育探索,2002
(一)系統誤差
系統誤差總會使測量值偏小或是偏大,向著一個方向偏離,它的數值按照一定的規律變化。在實驗的過程中我們要盡量找到某個產生系統誤差的原因,并且想辦法進行修正或者解除它的影響。系統誤差的來源主要有:觀察者誤差、原理方法誤差、儀器誤差。
1.個人誤差
個人誤差產生的原因主要是觀察者的心理特點、個人生理以及工作能力和經驗等因素導致的誤差。比如,用卡尺測量時用力的程度差異;對聲音大小、成像清晰、對視場亮暗的判斷能力的差異;人眼習慣性的斜視;對最小分度以下值進行估讀時,表現出對雙數或者單數的偏愛差異等。
2.原理方法誤差
因為測量所依據的實驗方法和原理是經過某些近似處理而導致實驗結果的誤差就是原理方法誤差。通常我們在理論上針對的都是模型化、理想化的對象,但是盡管我們想盡辦法純化、設計實驗條件,都不能達到理想化的要求。比如,我們用單擺測量重力加速度的實驗,它的原理是T=2πlg姨,推出:g=4π21T2,然后,通過測量擺長與周期進而得到重力加速度,但是我們要注意此公式在推導過程中就做了小擺角的近似,而且假設了懸線柔軟且不收縮、空氣是無阻力的,所以這就會引起實驗結果的誤差。因此,在將理論運用于實際時我們從兩個方面減小誤差:一方面運用修正理論公式滿足實驗情況的方法;另一方面盡量使得實驗條件滿足實驗要求。
3.儀器誤差
因為儀器本身的缺陷與達不到按照規定條件使用儀器而導致的誤差叫儀器誤差。任何數字儀表與指示儀表、標準器、量具等都存在著一定的準確度等級限度,也就是它們的指示值、分度值、標稱值在一定的誤差范圍內體現計量單位。儀器裝置在調整后達不到規定的要求或者使用時沒有達到規定的使用條件等就會引起附加誤差;一類的指零儀器的靈敏度也會存在誤差;一些電表內部的磁場不夠對稱、螺旋測微計零點不精確、磁鐵材料的磁滯、天平的不等臂、軸承間距不均勻等因素都會導致測量誤差。
(二)偶然誤差(隨機誤差)
偶然誤差是由于在實驗的過程中某些由于偶然的或者是不確定的、相互獨立的、影響較小的諸多變化因素導致的綜合效果。比如,在相同的條件下進行重復測量,實驗員在對準、判斷、估讀、辨認等操作上產生的微小差異;在控制范圍內的實驗條件產生的波動導致測量對象、測量儀器產生的微小的變化等等。偶然誤差遵循著一定的統計規律,這使得每次測量值圍繞真值的波動不確定。比如,多次重復測量一個物理量所得到的數據,其比真值小或者大的概率是對稱的,并且誤差較大的數據比誤差較小的數據出現的概率要小,與此同時絕對值非常大的誤差出現的機會幾乎是趨近于零的。這表明數據的分布遵循正態分布。所以我們可以總結:要想減小偶然誤差可以多次測量取平均值。
(三)誤差間的相互轉化
在一定條件下,系統誤差與偶然誤差能夠相互轉化。比如,某公司生產了一批標稱值相同的電阻,每個電阻實際的電阻值允許的起伏變化是不固定的,存在著偶然誤差,當你買回其中的一個時,其所引起的誤差卻是固定不變的,這就形成了系統誤差;又如,米尺的刻度是不均勻的,如果我們以尺端為標準進行多次測量某一物體則會產生系統誤差,但是如果用米尺的不同刻度為準進行多次測量某一物體,這會使得刻度不均勻的誤差變得隨機化,進而形成偶然誤差。在某個具體的測量過程中出現的誤差既包括偶然誤差也包括系統誤差。當系統的誤差已知并且實驗的條件穩定時就要盡可能地保持在同等條件下進行實驗,這樣的目的是以便修正系統誤差;當我們不能掌握系統誤差時,也可以用一些方法讓系統誤差變得隨機化,這會使得在多次測量取平均值時能夠抵消其中的一部分。我們要清楚誤差并不是錯誤。一些錯誤如記錯數值、操作不當、對錯位置等是由于粗心大意造成的,這是可以避免的;但是誤差只能夠在實驗過程中盡量減小卻不可避免。
二、誤差的估計
我們在測量物理量時,某些量可以用儀器或者測量工具直接測量得出,這種測量量稱作直接測量量。比如,用停表測量時間,用天平測量質量,用游標卡尺測量長度等。但是,某些物理量則不能夠用直接測量的方法得到,而是要應用一些公式或者規律,需要把直接測量得到的物理量代入公式中計算后方能得到結果,我們把這種用間接方法得到的量稱作間接測量量。不管是用直接測量還是間接測量的方法測量各種物理量,都近似地反映了客觀實際,都有一定的誤差,不夠精確。因此,我們需要根據實際情況,準確地估計出實驗結果的精確程度。下面我們假設系統誤差已經修正或者消除,只是討論偶然誤差的計算。多次測量和誤差估計。在進行物理實驗時,我們通常采用重復多次測量。但是多次測量后得到的結果并不完全相同,那么該怎么將測量結果最好地表示出來,使其最合理地表示真值呢?通常的方法是這樣的:當測量條件不變時,用多次測量的算數平均值x代替x0真值。對多次測量的要求一般為:(1)多次測量的次數要大于等于5次;(2)x(算術平均值)的有效數字位數要和xi(各測量值)的有效數字位數相同;(3)Δx(算術平均絕對差)通常只取一位有效數字并且該位要與算術平均值的有效數字的最后一位對齊。(4)假如算術平均絕對誤差比儀器誤差小,為了增大測量結果含真值的幾率,那么最后結果的誤差值應該取儀器誤差;反之,要取±Δx。因為絕對誤差并不能夠表示出測量的相對精確度,因此我們提出相對誤差(百分誤差)。
三、間接測量和誤差傳遞的合成